JP4279769B2 - レーザ加工装置 - Google Patents
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Description
従来のレーザ加工装置の倣いアプローチ制御では、倣いアプローチ速度を倣いアプローチ速度格納部に、倣いアプローチ動作時の加減速動作の加速度を時定数の形で倣いアプローチ加減速時定数格納部に格納する。倣いアプローチ動作中は、ギャップ基準位置到達距離演算部はギャップ比較器からのギャップ基準位置からのずれ量をもとにギャップ基準位置までの距離を、倣いアプローチ動作時減速停止距離演算部は移動中の速度情報と倣いアプローチ加減速時定数格納部からの加減速情報とをもとに移動中の速度から減速停止した場合の停止距離を常に算出し続ける。また、倣いアプローチ動作時移動指令生成部は、倣いアプローチ動作時減速停止距離演算部より移動速度に対応した減速停止距離情報と、ギャップ基準位置到達距離演算部よりギャップ基準位置までの距離情報と、倣いアプローチ速度情報と、加速度情報とをもとに倣いアプローチ動作時の移動指令を算出して加減速動作を行う(例えば、特許文献1参照)。
以下、この発明の実施の形態1について説明する。
レーザ加工装置は、加工ヘッドからレーザ光を照射して被加工物、例えばステンレス、軟鋼、アルミ、黄銅などの板金を加工する際、加工ヘッドを被加工面上を水平方向(x方向)に相対移動させると共に、上下方向(z方向)に加工ヘッドの移動を制御して加工ヘッドと被加工面とのギャップを一定値とする倣い制御を行っている。また、加工終了点から次の加工開始点までの動作は、倣い制御を停止させて加工ヘッドをz軸方向に逃がす操作を行い、加工ヘッドを逃がした状態で次の加工開始点まで早送り移動を行い、そしてアプローチ動作を開始してギャップ基準位置に位置決めを行う。
制御装置は、図1に示す制御ブロックにより構成され、加工ヘッドを駆動させる加工ヘッド駆動部1と、加工ヘッドの位置を検出する加工ヘッド位置検出器2と、加工ヘッド位置制御部3と、位置指令演算部4とを備えて、加工ヘッド位置制御部3では、加工ヘッド位置検出器2にて検出された加工ヘッド位置2aが、位置指令演算部4からの位置指令4aと一致するように加工ヘッド駆動部1により加工ヘッドを位置制御する。
また、加工ヘッドと被加工面とのギャップを計測するギャップ計測装置としてのギャップセンサ5と、被加工面の位置を演算して検出する被加工面位置検出部としての被加工面位置演算部6と、アプローチ終了までの上記加工ヘッドに対する残り位置指令分に対応する距離8a(以下、残指令距離8aと称す)を演算する残指令距離演算部8と、演算された残指令距離8aおよび予め設定された最大加速度9から最大の停止可能速度10aを演算する停止可能速度演算部10と、該最大停止可能速度10aを予め設定された最大速度11で制限して第1の速度指令12aを演算する第1の速度指令演算部12と、該第1の速度指令12aと上記最大加速度9とから加工ヘッドへの速度指令となる第2の速度指令13aを演算する第2の速度指令演算部13とを備える。
位置指令演算部4では、第2の速度指令演算部13からの第2の速度指令13aを積分により位置指令4aに変換し、加工ヘッド位置制御部3では、加工ヘッド位置検出器2にて検出された加工ヘッド位置2aが位置指令4aと一致するように加工ヘッド駆動部1に制御信号を送出し、加工ヘッドを位置制御する。また、位置指令演算部4からの位置指令4aはフィードバックされて位置指令情報として残指令距離演算部8に入力される。
ギャップセンサ5では、加工ヘッドと被加工面によるギャップを計測し、被加工面位置演算部6では、このギャップ計測値5aと加工ヘッド位置検出器2で検出された加工ヘッド位置2aとから、z方向の被加工面位置6aを、
(被加工面位置6a)=(加工ヘッド位置2a)―(ギャップ計測値4a)
と演算して出力する。なお、ギャップセンサ5の検出距離は、例えば10mmが最大値であり、それ以上は最大値が出力される。
(残指令距離8a)=(位置指令4a)−((被加工面位置6a)+(ギャップ指令値7))
と演算して出力する。この残指令距離8aは、その時点の位置指令4aが示す位置と加工ヘッドのアプローチ終了位置((被加工面位置6a)+(ギャップ指令値7))との距離を演算するもので、アプローチ終了までの上記加工ヘッドに対する残り位置指令分を距離で示すものである。
次いで、停止可能速度演算部10では、残指令距離8aと予め設定した最大加速度9とから、最大停止可能速度10aを、
(最大停止可能速度10a)=√(2・最大加速度9・残指令距離8a)
と演算して出力する。
(第1の速度指令12a)=min(最大停止可能速度10a,最大速度11)
と演算して出力する。
次いで、第2の速度指令演算部13では、第1の速度指令演算部12からの第1の速度指令12aと上記最大加速度9とから、第2の速度指令13aを、
(min(第1の速度指令12aの時間微分,最大加速度9))を積分して演算する。即ち、第1の速度指令12aを時間微分して加速度指令を演算し、この加速度指令の絶対値が最大加速度9に達しない場合は採用し、最大加速度9以上の場合は最大加速度9を加速度指令として採用する。続いて、加速度指令を積分して第2の速度指令13aを求める。 次いで、上述したように、位置指令演算部4において、第2の速度指令13aを積分により位置指令4aに変換し、該位置指令4aにより加工ヘッドを位置制御する。
次に、この発明の実施の形態2について説明する。図2はこの発明の実施の形態2によるレーザ加工装置の加工ヘッドのアプローチ制御における制御装置のブロック図である。 この実施の形態では、上記実施の形態1における被加工面位置演算部6の後段にフィルタ処理部14を設け、被加工面位置演算部6の出力信号(被加工面位置6a)に、所定の周波数帯域以下の周波数成分のみ通過させるフィルタ処理を施す。これにより、ギャップ計測値5aおよび加工ヘッド位置2aに含まれる計測(検出)誤差やノイズの影響による例えばオーバーシュートや微振動を抑制することができ、加工ヘッドのアプローチ制御における制御性能を向上することができる。
次に、この発明の実施の形態3について説明する。図3はこの発明の実施の形態3によるレーザ加工装置の加工ヘッドのアプローチ制御における制御装置のブロック図である。
この実施の形態では、上記実施の形態1における残指令距離演算部8の後段に残指令距離補正部16を設け、残指令距離演算部8から出力される残指令距離8aを補正して用いるものである。
図3に示すように、残指令距離演算部8では、上記実施の形態1と同様に、フィードバックされた位置指令4a(位置指令情報)と被加工面位置6aと予め設定されたギャップ指令値7とから、残指令距離8aを演算する。
まず、検出された加工ヘッド位置2aを微分して加工ヘッド移動速度を演算し、この加工ヘッド移動速度と残指令距離8aと遅れ時間補正値15aとから、補正残指令距離16aを、
(補正残指令距離16a)=(残指令距離8a)―(加工ヘッド移動速度)・(遅れ時間補正値15a)
と演算して出力する。
この後、停止可能速度演算部10では、補正残指令距離16aと予め設定した最大加速度9とから、上記実施の形態1と同様に最大停止可能速度10aを演算する。
なお、遅れ時間補正値15aは、制御系のサンプリングや通信遅れなどによる遅延時間を予め設定するものである。また、遅れ残指令距離8aの補正に係る動作以外は、上記実施の形態1と同様である。
次に、この発明の実施の形態4について説明する。図5はこの発明の実施の形態4によるレーザ加工装置の加工ヘッドのアプローチ制御における制御装置のブロック図である。 制御装置は、図5に示す制御ブロックにより構成され、加工ヘッドを駆動させる加工ヘッド駆動部1と、加工ヘッドの位置を検出する加工ヘッド位置検出器2と、加工ヘッド位置制御部3と、位置指令演算部4とを備えて、加工ヘッド位置制御部3では、加工ヘッド位置検出器2にて検出された加工ヘッド位置2aが、位置指令演算部4からの位置指令4aと一致するように加工ヘッド駆動部1により加工ヘッドを位置制御する。
また、加工ヘッドと被加工面とのギャップを計測するギャップセンサ5と、アプローチ終了までに加工ヘッドが移動すべき距離17a(以下、残距離17aと称す)を演算する残距離演算部17と、演算された残距離17aおよび予め設定された最大加速度9から最大の停止可能速度10aを演算する停止可能速度演算部10と、該最大停止可能速度10aを予め設定された最大速度11で制限して第1の速度指令12aを演算する第1の速度指令演算部12と、該第1の速度指令12aと上記最大加速度9とから加工ヘッドへの速度指令となる第2の速度指令13aを演算する第2の速度指令演算部13とを備える。
位置指令演算部4では、第2の速度指令演算部13からの第2の速度指令13aを積分により位置指令4aに変換し、加工ヘッド位置制御部3では、加工ヘッド位置検出器2にて検出された加工ヘッド位置2aが位置指令4aと一致するように加工ヘッド駆動部1に制御信号を送出し、加工ヘッドを位置制御する。
ギャップセンサ5では、加工ヘッドと被加工面によるギャップを計測し、このギャップ計測値5aと予め設定されたギャップ指令値7とから、残距離演算部17では、残距離17aを、
(残距離17a)=(ギャップ計測値5a)−(ギャップ指令値7)
と演算して出力する。
次いで、停止可能速度演算部10では、残距離17aと予め設定した最大加速度9とから、最大停止可能速度10aを、
(最大停止可能速度10a)=√(2・最大加速度9・残距離17a)
と演算して出力する。
(第1の速度指令12a)=min(最大停止可能速度10a,最大速度11)
と演算して出力する。
次いで、第2の速度指令演算部13では、第1の速度指令演算部12からの第1の速度指令12aと上記最大加速度9とから、第2の速度指令13aを、
(min(第1の速度指令12aの時間微分,最大加速度9))を積分して演算する。即ち、第1の速度指令12aを時間微分して加速度指令を演算し、この加速度指令の絶対値が最大加速度9に達しない場合は採用し、最大加速度9以上の場合は最大加速度9を加速度指令として採用する。続いて、加速度指令を積分して第2の速度指令13aを求める。 次いで、上述したように、位置指令演算部4において、第2の速度指令13aを積分により位置指令4aに変換し、該位置指令4aにより加工ヘッドを位置制御する。
3 加工ヘッド位置制御部、4 位置指令演算部、4a 位置指令、
5 ギャップ計測装置としてのギャップセンサ、5a ギャップ計測値、
6 被加工面位置検出部としての被加工面位置演算部、6a 被加工面位置、
7 ギャップ指令値、8 残指令距離演算部、8a 残指令距離、9 最大加速度、
10 停止可能速度演算部、10a 最大停止可能速度、11 最大速度、
13 速度指令演算部としての第2の速度指令演算部、
13a 速度指令としての第2の速度指令、14 フィルタ処理部、
15 遅れ時間補正値入力装置、15a 遅れ時間補正値、16 残指令距離補正部、
16a 補正残指令距離、17 残距離演算部、17a 残距離。
Claims (10)
- 加工ヘッド駆動部により被加工物表面(以下、被加工面と称す)に直交する方向に加工ヘッドの位置を制御して上記被加工面にアプローチさせ、上記加工ヘッドからレーザ光を照射して上記被加工物を加工するレーザ加工装置において、
上記加工ヘッドの位置を検出する加工ヘッド位置検出器と、上記加工ヘッドへの位置指令を演算する位置指令演算部とを備えて、上記加工ヘッド位置検出器にて検出された加工ヘッド位置が上記位置指令に一致するように、上記加工ヘッドの位置を制御し、
上記加工ヘッドと上記被加工面とのギャップを計測するギャップ計測装置と、上記被加工面の位置を検出する被加工面位置検出部と、上記位置指令演算部にて演算された上記位置指令をフィードバックした位置指令情報、上記被加工面位置検出部にて検出された被加工面位置およびギャップ指令値に基づいて、アプローチ終了までの上記加工ヘッドに対する残り位置指令分に対応する距離(以下、残指令距離と称す)を演算する残指令距離演算部と、該演算された残指令距離と予め設定された最大加速度および最大速度とに基づいて速度指令を演算する速度指令演算部とを備え、
上記位置指令演算部は、該速度指令に基づいて上記加工ヘッドへの位置指令を演算することを特徴とするレーザ加工装置。 - 上記速度指令演算部は、上記残指令距離および上記最大加速度から最大の停止可能速度を演算し、該最大停止可能速度を上記最大速度で制限した後、さらに上記最大加速度を用いた加速度制限を施して上記速度指令を演算することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工装置。
- 上記被加工面位置検出部は、上記加工ヘッド位置検出器にて検出された加工ヘッド位置と上記ギャップ計測装置からのギャップ計測値とに基づいて上記被加工面の位置を推定して検出するものであることを特徴とする請求項1または2記載のレーザ加工装置。
- 上記加工ヘッド位置検出器にて検出された加工ヘッド位置から加工ヘッド移動速度を演算し、該加工ヘッド移動速度と設定された遅延時間とに基づいて、上記残指令距離演算部にて演算された残指令距離を補正し、該補正された残指令距離を上記速度指令の演算に用いることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレーザ加工装置。
- 上記遅延時間を外部から入力して設定する入力装置を備えたことを特徴とする請求項4記載のレーザ加工装置。
- 加工ヘッド駆動部により被加工物表面(以下、被加工面と称す)に直交する方向に加工ヘッドの移動を制御して上記被加工面にアプローチさせ、上記加工ヘッドからレーザ光を照射して上記被加工物を加工するレーザ加工装置において、
上記加工ヘッドと上記被加工面とのギャップを計測するギャップ計測装置と、該ギャップ計測装置からのギャップ計測値およびギャップ指令値に基づいて、アプローチ終了までの上記加工ヘッドの残り移動距離(以下、残距離と称す)を演算する残距離演算部と、該演算された残距離と予め設定された最大加速度および最大速度とに基づいて速度指令を演算する速度指令演算部とを備え、
該速度指令を用いて上記加工ヘッドの移動を制御して上記被加工面にアプローチさせることを特徴とするレーザ加工装置。 - 上記速度指令演算部は、上記残距離および上記最大加速度から最大の停止可能速度を演算し、該停止可能速度を上記最大速度で制限した後、さらに上記最大加速度を用いた加速度制限を施して上記速度指令を演算することを特徴とする請求項6記載のレーザ加工装置。
- 上記加工ヘッドの位置を検出する加工ヘッド位置検出器を備え、上記速度指令を位置指令に変換し、上記加工ヘッド位置検出器にて検出された加工ヘッド位置が上記位置指令に一致するように、上記加工ヘッドを位置制御することを特徴とする請求項6または7記載のレーザ加工装置。
- 上記ギャップ計測装置からのギャップ計測値に対し、所定の周波数以下の成分のみ通過させるフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のレーザ加工装置。
- 上記ギャップ計測装置からのギャップ計測値および上記加工ヘッド位置検出器からの検出値に対し、所定の周波数以下の成分のみ通過させるフィルタ処理を施すことを特徴とする請求項1〜5または8のいずれかに記載のレーザ加工装置。
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